论文总字数：18291字

摘 要

1989年前，超宽带技术限用于军用雷达。这时UWB信号主要是通过发射极短脉冲获得的，属于无载波技术。UWB一词最早是由美国国防研究部（DAPRA）提出的。UWB信号的定位为：一个信号它在衰减20dB的地方能够满足其相对带宽比25%来的高或者能够满足其绝对带宽的值比1.5GHz还要高。

超宽带（UWB）技术吸引了越来越多的关注。 UWB定位技术的优点是低功耗，良好的多路径保护和高安全性。特别是定位精度可以非常高。 FCC是一种室内通信应用程序，可在3.1G-10.6 GHz频带内发起UWB通信。个人区域网（PAN）的基本技术，以作为IEEE 802研究对象进行了研究。 UWB技术堪称是无线技术的一项比较创新的进步。该技术在很多领域得到了广泛的应用，比如雷达跟踪、无线通信等方面。

UWB的定位功能在实际应用中主要包括了获得和距离有关的变量和建立相应的数学模型。目前，市面上常见的测距算法为时差法（TDOA算法）和双向测距法（TWR算法）。本文主要应用UWB技术的双向测距法（TWR算法），再建立数学模型计算出标签的具体坐标信息。

我所设计的是基于DW1000高精度定位模块，采用STM32F103C8T6主控芯片和TWR算法，设计移动标签的平面位置的定位与信息采集传输系统，将定位的数据信息进行读取和处理，并通过无线4G模块将信息数据传输给云端服务器系统，可以实现远程显示、管理。

实际中，能够实现定位功能，定位精度为10cm，可通过云服务器远程显示、管理，达到了课题要求。

关键词：超宽带技术(UWB)；DW1000；TWR算法；4G模块；云服务器

Design of Interior Plane Positioning Device Based on UWB

Abstract

Before 1989, UWB technology was limited to military radar. At this time, UWB signal is mainly obtained by transmitting very short pulse, which belongs to carrier free technology. The term UWB was first proposed by the Defense Advanced Research Projects Agency (DAPRA). It is specified that signals with absolute bandwidth greater than 1.5GHz or relative bandwidth.

In recent years, ultra wideband (UWB) technology has attracted more and more attention. Especially its positioning accuracy can be very high. As an indoor communication application, FCC will open the 3.1g-10.6ghz band to UWB communication. The basic technology of personal area network (PAN) is also discussed by IEEE 802 Committee as a candidate. UWB technology is a revolutionary development of radio technology.

Ranging and positioning are the main contents of UWB positioning system. Iterative algorithm and non iterative algorithm are the main algorithms of UWB location technology. In this paper, the two-way ranging (TWR) algorithm of UWB technology is mainly used, and then a mathematical model is established to calculate the specific coordinate information of the tag.

My design is based on dw1000 high-precision positioning module, using stm32f103c8t6 main control chip and TWR algorithm, design the plane position positioning and information collection and transmission system of mobile label, read and process the positioning data information.

In practice with the positioning accuracy of 10cm. It can be displayed and managed remotely through the cloud server, which meets the requirements of the project.

Key words: ultra-wideband technology(UWB)，DW1000，TWR algorithm，4 g module，Cloud server

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1课题背景及意义 1

1.2 UWB技术国内外研究状况 1

1.2.1国外研究现状以及研究方向 1

1.2.2国内研究现状 2

1.2.3 UWB技术的优点 2

1.2.4 UWB的相关技术 2

1.3本文的研究内容概述以及论文的总体结构 3

第二章 系统总体方案及UWB定位方法 4

2.1总体设计方案 4

2.1.1系统总体的设计思路 4

2.1.2系统方案的可行性和优势 4

2.2 UWB技术具体模块的选择 5

2.3 UWB定位方法 5

2.3.1基于接收信号强度法 5

2.3.2基于接收信号角度法 5

2.3.3基于接收信号时间法 5

第三章 硬件电路设计 6

3.1 UWB定位装置的功能分析和结构设计 6

3.1.1系统功能分析 6

3.1.2 UWB移动标签原理框图 6

3.1.3 4G传输系统框图 6

3.2 UWB定位装置模块和4G传输模块电路的设计 7

3.2.1 STM32F103C8T6单片机电路设计 7

3.2.2基于DW1000模块的定位系统的电路设计 8

3.2.3 LCD模块的电路设计 9

3.2.4按键模块的电路设计 10

3.2.5稳压电路的设计 10

3.2.6 LED模块电路的设计 11

3.2.7 4G传输模块电路的设计 11

3.3电路原理图 11

3.4硬件介绍 13

3.4.1 UWB定位系统装置介绍 13

3.4.2单模块介绍 13

3.4.3放置基站 15

第四章 系统软件设计 16

4.1 UWB室内平面定位装置系统流程图 16

4.2编程语言选择 17

4.2.1 C 语言 17

4.2.2 JavaScript语言 17

4.2.3 Python语言 17

4.3 TWR算法原理及定位数学模型 17

4.3.1 TWR算法原理 17

4.3.2 定位数学模型 18

4.4 云服务器 20

4.4.1服务器处理流程 20

4.4.2服务器基础配置 20

4.4.3 服务器网页前端介绍 20

4.4.4 服务器网页后端介绍 20

第五章 测试结果与展望 21

5.1测试结果以及误差分析 21

5.1.1 UWB定位系统仿真结果 21

5.1.2网页显示 22

5.1.3误差分析 23

5.2对本设计的展望 23

致 谢 24

参考文献 25

第一章 引 言

1.1课题背景及意义

时代在进步，信息社会正大踏步向我们走来。数据传输速度和传输质量是检验无线通信技术的两大指标。人们对信息的需求量日渐增大，同时，无线通信技术在人们的日常生活中也扮演着不可或缺的角色。频谱资源已经出现了饱和的状态，所以人们开始考虑超宽带技术，想通过超宽带技术提供无线网络通信，而UWB技术是一项比较关键的技术之一，可以使用1GHz以上的宽带。通常，无线通信技术的传输速度比有线技术的传输速度稍慢。但是，UWB技术的通信速度非常快，可以达到数百Mbit/s或更高。UWB无线通信系统不仅结构紧凑，而且便宜。

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